【正文】 機(jī)為控制核心，結(jié)合傳感器技術(shù)，集多種控制功能于一體，包括檢測溫度、自動充氧、自動換水、燈光變換和自動喂食等，同時在系統(tǒng)中設(shè)計一個藍(lán)牙通信模塊，可實現(xiàn)對魚缸的遠(yuǎn)程控制和管理。第二部分是手機(jī)安卓部分，通過手機(jī)端APP可以對魚缸進(jìn)行實時控制、參數(shù)設(shè)置等，實現(xiàn)人機(jī)交互。 該系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前市場上的需求進(jìn)行設(shè)計和開發(fā)，形成了一套自動充氧、自動換水、燈光變換和自動喂食等功能為一體的集成控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：魚缸，自動控制，單片機(jī)，藍(lán)牙通訊，APPIAbstractIn recent years, with the development of embedded, intelligent household also entered people39。人們追求越來越高的生活品位，導(dǎo)致了消費(fèi)水平也在提高，家居環(huán)境的個性化、環(huán)?；苍絹碓绞艿饺藗兊闹匾暎瑫r相關(guān)的智能家居等行業(yè)相應(yīng)的出現(xiàn)大發(fā)展之機(jī)遇。而一個生機(jī)勃勃的魚草生活愜意的魚缸不但可以給人們帶來春季盎然的美感，更能美化居室環(huán)境，使人回歸那久違的綠色，讓自己重新回到大自然美景的懷抱中。智能魚缸控制系統(tǒng)正是在這種需求下產(chǎn)生的。最近這些年，這種以水草、觀賞魚為主體的生態(tài)魚缸被叫做“微縮魚草園林”，人們對其非常喜愛和追捧。所以現(xiàn)在出現(xiàn)的魚缸水體凈化和水質(zhì)改善的設(shè)備有很多，目前市場上經(jīng)?？匆姷聂~缸控制設(shè)備有：換水設(shè)備、加氧泵、喂食設(shè)備等，但是它們一般都是非智能化的、單獨(dú)工作需要人工控制開關(guān)的器件。 “魚缸又稱“水族箱，水族箱一詞起源于英國，水族箱飼養(yǎng)始于1851年的英國萬國工業(yè)博覽會上，沿用至今已經(jīng)有150年的歷史。德國與英國在這個嗜好上競爭，踏入20世紀(jì)，漢堡市成為歐洲入口新奇水族品種的港口。電力的改善使水族科技得以發(fā)展，使人工照明、通風(fēng)、過濾、水溫加熱都成為可能?，F(xiàn)時，估計全球有大約6千萬水族喜好者。在美國，大部分人（40%）同時打理2個或以上的水族箱。隨著經(jīng)濟(jì)水平的突飛猛進(jìn)，裝飾業(yè)的日趨興起，人們對生活、家居品位的追求愈加重視，體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)形態(tài)中就是與之相關(guān)的休閑、居家裝飾等行業(yè)日顯蓬勃發(fā)展之勢。休閑水族行業(yè)也正是在人類的這種需求下應(yīng)運(yùn)而生，并且近年來其快速發(fā)展之狀況使其已經(jīng)成為一股新興的經(jīng)濟(jì)力量受到經(jīng)濟(jì)界及業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注，據(jù)最新資料顯示：水族產(chǎn)品的日漸豐富，水族市場更加繁榮昌盛，水族行業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的年增長率達(dá)到13．8％，僅北京就由傳統(tǒng)的幾個小市場，發(fā)展成8個大規(guī)模的市場。如今是國際水族產(chǎn)品看中國，許多國外大的采購公司都盯準(zhǔn)中國這個市場，把長遠(yuǎn)的目標(biāo)放在中國嘲。 水族箱要保持金魚、水草的生活環(huán)境需經(jīng)常換水和補(bǔ)充氧氣，通常配備水泵和空氣泵這兩種設(shè)備來循環(huán)水體和補(bǔ)充氧氣，但是這些設(shè)備都是通過人力進(jìn)行開關(guān)控制，不便宜操作。智能魚缸控制系統(tǒng)正是在這種需求下產(chǎn)生的，現(xiàn)在魚缸水體凈化和水質(zhì)改善的設(shè)備有很多，目前市場上經(jīng)?？匆姷聂~缸控制設(shè)備有：換水設(shè)備、加氧泵、喂食設(shè)備等，但是它們一般都是非智能化的、單獨(dú)工作需要人工控制開關(guān)的器件。 現(xiàn)在，魚缸智能控制器有的很大的市場需求，但是研究和開發(fā)尚處于起步階段，相應(yīng)的產(chǎn)品也相對較少。 本智能魚缸控制系統(tǒng)以 STC研發(fā)生產(chǎn)的 STC12C5A60S2 單片機(jī)為控制CPU，同時結(jié)合傳感器技術(shù)、藍(lán)牙通訊技術(shù)、手機(jī)APP，研發(fā)出一套可以用于不同類型水族箱和各種使用環(huán)境的集自動充氧、自動換水、燈光變幻、自動喂食、溫度監(jiān)控等各種功能于一體的智能魚缸控制系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等4個部分組成，它是集軟硬件于一體的可獨(dú)立工作的“器件”?！扒度胄浴?、“專用性”與“計算機(jī)系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個基本要素，應(yīng)用對象系統(tǒng)指嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。在現(xiàn)代生活和科學(xué)研究中，各種類型的傳感器所提供的大量可靠、準(zhǔn)確的信息，不僅能代替人的五官功能，而且還能檢測到人的五官所不能感受的信息，從而使人類能更好地認(rèn)識世界和改造世界。傳感器在工業(yè)部門的應(yīng)用普及率已被國際社會作為衡量一個國家智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的重要標(biāo)志。 Android技術(shù) Android智能手機(jī)平臺概述Android是Google公司在2008年聯(lián)合開放手持設(shè)備聯(lián)盟（OHA）推出的基于Linux內(nèi)核的智能移動設(shè)備操作系統(tǒng)，主要應(yīng)用于掌上便攜設(shè)備，如智能手機(jī)和平板電腦等。 Android手機(jī)平臺的特點(diǎn)開放性：源代碼開發(fā)可以修改無需授權(quán)。兼容性：與硬件無關(guān)，降低了開發(fā)者的負(fù)擔(dān)。 Android系統(tǒng)軟件架構(gòu)安卓系統(tǒng)軟件架構(gòu)主要有五層，從下到上依次是：Linux內(nèi)核層、本地庫、安卓運(yùn)行時、應(yīng)用框架層、應(yīng)用程序?qū)印?．功能。 2．人機(jī)界面。用戶可直接從手機(jī)顯示屏讀取系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)通過上位機(jī)手機(jī)APP來設(shè)置各種參數(shù)，用戶可以根據(jù)觀賞魚的實際生活習(xí)性來設(shè)定適宜小魚生活的參數(shù)，使該智能魚缸控制系統(tǒng)能在各種不同的環(huán)境適中發(fā)揮作用。 4．生產(chǎn)成本：本系統(tǒng)使用的控制CPU是STC12C5A60S2單片機(jī)，該款單片機(jī)價格低廉，其外圍電路設(shè)備包括：藍(lán)牙模塊、溫度傳感器、時鐘模塊、Led燈帶、電機(jī)等，這些外圍成本低廉、加工簡單，具有很強(qiáng)的可生產(chǎn)性。業(yè)務(wù)流程：用戶通過手動操作手機(jī)端，與智能魚缸系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)交互。魚缸端接受到用戶發(fā)送的命令以及參數(shù)執(zhí)行對應(yīng)的操作如喂食、換水等。 智能魚缸業(yè)務(wù)流程圖根據(jù)智能魚缸系統(tǒng)的功能需求，對其進(jìn)行用例分析。 客戶端用戶用例圖用例規(guī)約（1）換水用例（UC01） 用例名稱：換水 簡要說明：給魚缸進(jìn)行水體循環(huán)。 事件流：基本事件流①打開喂食器②倒入魚飼料擴(kuò)展事件流①容器中無飼料，人工添加進(jìn)入容器。 事件流：基本事件流①打開氣泵②給水體充氧擴(kuò)展事件流 無 前置條件：無 后置條件：設(shè)置時間，自動充氧（4）燈光變幻用例（UC04） 用例名稱：燈光變換 簡要說明：打開LED彩燈，提高魚缸的觀賞性。 事件流：基本事件流①打開溫度傳感器②檢測魚缸的溫度擴(kuò)展事件流無 前置條件：無 后置條件：無（6）設(shè)置時間用例（UC06） 用例名稱：設(shè)置時間 簡要說明：設(shè)置時間，智能魚缸系統(tǒng)到時自動進(jìn)行相關(guān)操作。 事件流：基本事件流①獲取溫度值②顯示溫度值擴(kuò)展事件流 無 前置條件：檢測溫度 后置條件：無（8）監(jiān)控溫度用例（UC08）1）用例名稱：充氧2）簡要說明：檢測溫度值，并把溫度值顯示在手機(jī)客戶端。在本設(shè)計中，采用Altium Designer14繪制原理圖。本系統(tǒng)采用51內(nèi)核單片機(jī)最常用的Keil uVision5軟件，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。 Android客戶端開發(fā)工具Android客戶端開發(fā)工具很多，比較常用的有：Eclipse、Android Studio、Basic4Android等。該軟件具有很強(qiáng)大的代碼提示功能和UI設(shè)計功能，有利于開發(fā)者開發(fā)速度和減小開發(fā)者上手難度。4 概要設(shè)計 智能魚缸系統(tǒng)分為下位機(jī)硬件模塊和手機(jī)安卓軟件模塊這兩大部分。硬件模塊與軟件模塊通信使用藍(lán)牙串口方式，簡單快捷。整個智能魚缸控制系統(tǒng)分為以下幾個功能子系統(tǒng)：即人工／定時充氧系統(tǒng)、人工／定時水循環(huán)系統(tǒng)、LED燈光變幻系統(tǒng)、人工／定時喂食控制、實時溫度監(jiān)控系統(tǒng)等。該智能魚缸控制系統(tǒng)的控制目的是能使魚缸能夠通過人工調(diào)節(jié)或者自動調(diào)節(jié)的方式來保證魚缸的水質(zhì)、含氧量等生活環(huán)境是最適宜觀賞魚生活習(xí)性的。下表41顯示該控制系統(tǒng)對各項參數(shù)的處理。單片機(jī)核心控制模塊以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心CPU控制協(xié)調(diào)其他模塊協(xié)同工作；溫度傳感器負(fù)責(zé)溫度的檢測以及獲取具體的溫度值；藍(lán)牙模塊負(fù)責(zé)上位機(jī)與下位機(jī)之間的通訊；時鐘控制模塊負(fù)責(zé)提供智能魚缸控制系統(tǒng)的時鐘參數(shù)；led燈帶則使魚缸更具觀賞性；不同的電機(jī)負(fù)責(zé)不同的功能主要有氣泵、水泵、喂食器。 硬件結(jié)構(gòu)圖其中控制部分包括：中心控制模塊：主要以CPU核心，包括晶振，復(fù)位電路等。各種控制信號對應(yīng)的相關(guān)操作通過驅(qū)動硬件完成，如打開氣泵進(jìn)行充氧操作等。其中輸入輸出部分包括：：將溫度傳感器檢測到的溫度數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)；該溫度傳感器模塊完成數(shù)據(jù)的采集功能，主要由傳感器，放大器，A／D轉(zhuǎn)換器等組成。：將手機(jī)APP端接受到的命令信號傳輸給CPU，CPU根據(jù)接收到的命令發(fā)出對應(yīng)的控制信號。Android開發(fā)中自帶有藍(lán)牙API，我們直接使用該API并搭配Socket編程和多線程編程，就可以完成手機(jī)端和設(shè)備通信。 手機(jī)端軟件框圖本課題設(shè)計的上位機(jī)軟件功能包含有三大部分：藍(lán)牙鏈接界面設(shè)計，人工控制界面設(shè)計，定時任務(wù)界面設(shè)計。因此該程序模塊會包含有整個工程中最重要的通信功能。STC12C5A60S2單片機(jī)是一種單時鐘周期的單片機(jī)也就是說該型單片機(jī)只能執(zhí)行一個任務(wù)，如果要同時執(zhí)行多個任務(wù)就需要開啟中斷。STC12C5A60S2單片機(jī)的內(nèi)部集成了MAX810專用復(fù)位電路用于系統(tǒng)工作異常時整個系統(tǒng)的復(fù)位重啟,以及2路PWM用于對電壓的精確控制,還有8路速度高達(dá)25萬次/秒的A/D轉(zhuǎn)換，可以將溫度、濕度等數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識別的電信號。 STC12C5A60S2結(jié)構(gòu)圖。通過查閱資料實際考察等方式，從多種穩(wěn)壓降壓模塊中進(jìn)行篩選，最終德科儀器公司提供的TPS76033電壓轉(zhuǎn)換芯片成為最佳的解決方案， ，這使得單片機(jī)和藍(lán)牙模塊都能同時正常的工作。在智能魚缸控制系統(tǒng)設(shè)計中，為了給STC12C5A60S2單片機(jī)以及相關(guān)外圍電路提供穩(wěn)定干凈的電源，所以還加上了濾波電路（ 濾波電路）。當(dāng)選擇振蕩器1 時鐘（OSC1CLK）作為系統(tǒng)時鐘頻率分頻器的輸入時鐘（OSCSCLK ）（FS=0），并且系統(tǒng)進(jìn)入掉電（PowerDown ）模式時，振蕩器1 時鐘（OSC1CLK）和振蕩器2 時鐘（OSC2CLK）都會關(guān)閉。當(dāng)選擇振蕩器2 時鐘（OSC2CLK）作為（FS=1）并且系統(tǒng)進(jìn)入掉電（PowerDown ）模式時，用以支持片上外圍設(shè)備（例如定時器3 、時基定時器等）。本課題中為了減小硬件電路開支，我們選擇內(nèi)部12MRC振蕩器作為系統(tǒng)時鐘。 復(fù)位電路1） 打開系統(tǒng)電源，初始化系統(tǒng)時鐘下載設(shè)置中設(shè)置晶體諧振器，內(nèi)部12MHz RC振蕩器。切換方式為：打開OSC2CLK開關(guān)，并等待延時4個NOP指令，切換代碼如下： CLKCON = 0x08。 _nop_()。 _nop_()。//系統(tǒng)時鐘選擇為OSC2CLK2） 系統(tǒng)各模塊功能初始化系統(tǒng)將對以下功能包括外部中斷0、定時器EUART、ADC、POWER、OP、PGA、PWM以及對端口屬性進(jìn)行初始化。 //電壓初始化OP